CN104809124B - 云虚拟文件系统及其输入/输出请求处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种云虚拟文件系统及其I/O（输入/输出）请求处理方法；所述方法包括：云虚拟文件系统接收云应用系统发送的I/O请求；根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型；根据所确定的I/O请求的类型，调用分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求。
Description
技术领域
本发明涉及数据处理领域，尤其涉及一种云虚拟文件系统及其输入/输出请求处理方法。
背景技术
互联网时代的到来，给各种各行带来了新的产业机会或者说产业升级改造的机会，如电视、商务、报纸等等，它们基于互联网平台已经演变为互联网电视、电子商务平台、门户网站等。而云计算是互联网时代的更高级技术，其将各种信息（IT，InformaTion）资源和存储资源虚拟化，提供软件即服务（SaaS，Software-as-a-Service）、平台即服务（PaaS，Platform-as-a-Service）等服务模式，云计算为更多的产业发展提供了新的思路和模式。
教育云是互联网时代面向教育领域的云计算平台，教育云通过云计算架构、模式和技术将各种IT资源和存储资源虚拟化，并在教育云上承载各种教育软件或服务，实现学生、家长、培训机构以及教师、学校之间的多边互动的模式。
目前教育云中通常采用以下四种云存储技术处理输入/输出（I/O，Input/Output）请求：
1）块存储技术，如基于光纤通道（FC，Fibre Channel）存储局域网络（SAN，StorageArea Network）技术、小型计算机系统接口（iSCSI，Internet Small Computer SystemInterface）技术等；
2）文件存储技术，如谷歌文件系统（GFS，Google File System）、Hadoop分布式文件系统（HDFS，Hadoop Distributed File System）；
3）表存储技术，如MYSQL、HBASE；
4）对象存储技术如亚马逊的S3存储技术。
其中，文件存储技术如GFS/HDFS是目前广泛的云计算平台解决方案，GFS为大型应用和集中型数据应用而设计，可以提供快速的数据访问，具有很好的可扩展性、可靠性和容错功能。HDFS是由GFS演进而来的开源类型的分布式文件系统，其基于Hadoop架构实现，具有高度可扩展性以及容错、高I/O性能等特性。
相关技术中GFS/HDFS常见的架构如图1所示；在GFS/HDFS架构中，包括GFS主（Master）服务器、从（Slave）服务器以及GFS客户端；其中，GFS Master服务器主要读写云数据，Slave服务器主要读写具体业务数据，GFS客户端作为一个虚拟的文件系统提供应用程序接口（API，Application Programming Interface），并和GFS Master和GFS Slave进行数据读写操作。
相关技术中FC-SAN常见的架构如图2所示；FC-SAN和iSCSI架构基于小型计算机系统接口（Small Computer System Interface）-3的网络存储技术，包括SCSI启动器和SCSI目标器，SCSI启动器和SCSI目标器之间通过FC或IP网络连接。
以教育云应用为例，FC-SAN和iSCSI技术的优势在于I/O读写请求处理速度快，与GFS/HDFS相比，FC-SAN和iSCSI直接采用教育云本地文件系统进行存储；而HDFS/GFS首先需要经过分布式文件系统，然后才经过本地文件系统处理；但FC-SAN和iSCSI技术实现成本较高、维护管理难度较大，目前常用于大型的关键业务系统。
目前云计算平台广泛使用的块存储技术、文件存储技术、表存储技术以及对象存储技术应用于教育云时，都存在不足之处：
（1）表存储技术，因为教育云的I/O读写请求的类型复杂，导致使用结构化数据库MySQL和非结构化数据库Hbase实现教育云时，层次过于复杂。
（2）FC-SAN、iSCSI等块存储技术，通过SCSI-3命令在SCSI启动器和目标器之间实现块数据的读写，适合处理大量的块数据的I/O读写请求，而对教育云中频繁的小数据I/O读写请求的处理，存在响应性能上的瓶颈。
（3）分布式文件存储技术如GFS/HDFS等，可以提供快速的数据访问，具有很好的可扩展性、可靠性和容错功能，在应用于教育云时，处理大量块数据的性能、以及处理频繁小数据I/O读写请求的性能，介于MySQL/Hbase技术和FC-SAN/iSCSI技术之间。
（4）对象存储技术，对于频繁小数据的I/O读写请求，以及大规模的块数据的I/O读写请求无法提供较好的响应性能。
综上所述，对于处理教育云应用中I/O请求时，如何保证较高的响应性能，尚无有效解决方案。
发明内容
本发明实施例提供一种云虚拟文件系统及其I/O请求处理方法，在处理教育云应用中I/O请求时，能够实现较高的I/O响应性能。
本发明实施例提供一种I/O请求处理方法，应用于云虚拟文件系统中；所述云虚拟文件系统设置于云应用系统和分布式文件系统之间、以及所述云应用系统和基于块设备的本地文件系统之间；所述方法包括：
所述云虚拟文件系统接收所述云应用系统发送的I/O请求；
根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型；
根据所确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求。
优选地，所述I/O请求的类型包括：大数据块I/O连续读请求、大数据块I/O连续写请求、大数据块I/O随机读请求、大数据块I/O随机写请求、小数据块I/O连续读请求、小数据块I/O连续写请求；
相应地，所述根据所确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求，包括：
当所确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
大数据块I/O连续读请求；大数据块I/O连续写请求；小数据块I/O连续读请求；小数据块I/O连续写请求；
调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
当所确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
数据块I/O随机读请求；大数据块I/O随机写请求；
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
优选地，所述I/O请求携带读（READ）参数或写（WRITE）参数、以及缓存（BUFFER）参数；
相应地，所述根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型，包括：
当所述I/O请求携带READ参数时，确定所述I/O请求为I/O读请求，当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定所述I/O请求为I/O写请求；
当所述BUFFER参数超过预设阈值时，确定所述I/O请求为大数据块I/O请求；当所述BUFFER参数未超过预设阈值时，确定所述I/O请求为小数据块I/O请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带READ参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续读请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机读请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带WRITE参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续写请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机写请求。
优选地，当所述I/O请求携带WRITE参数，所述调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求之前，所述方法还包括：
确定存在与所述I/O请求对应的文件索引节点；
相应地，当不存在与所述I/O请求对应的文件索引节点时，所述方法还包括：
创建与所述I/O请求对应的文件索引节点。
优选地，当所述I/O请求的类型未与所述类型匹配时，所述方法还包括：
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
本发明实施例还提供一种云虚拟文件系统；所述云虚拟文件系统设置于云应用系统和分布式文件系统之间、以及所述云应用系统和基于块设备的本地文件系统之间；所述云虚拟文件系统包括：
接收单元，用于接收所述云应用系统发送的I/O请求；
确定单元，用于根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型；
调用单元，用于根据所述确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求。
优选地，所述确定单元所确定的I/O请求的类型包括：大数据块I/O连续读请求、大数据块I/O连续写请求、大数据块I/O随机读请求、大数据块I/O随机写请求、小数据块I/O连续读请求、小数据块I/O连续写请求；
相应地，所述调用单元，还用于当所述确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
大数据块I/O连续读请求；大数据块I/O连续写请求；小数据块I/O连续读请求；小数据块I/O连续写请求；
调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
当所述确定的I/O请求为以下类型任意之一时：
数据块I/O随机读请求；大数据块I/O随机写请求；
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
优选地，所述接收单元接收的I/O请求携带READ参数或WRITE参数、以及BUFFER参数；
相应地，所述确定单元，还用于当所述I/O请求携带READ参数时，确定所述I/O请求为I/O读请求，当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定所述I/O请求为I/O写请求；
当所述BUFFER参数超过预设阈值时，确定所述I/O请求为大数据块I/O请求；当所述BUFFER参数未超过预设阈值时，确定所述I/O请求为小数据块I/O请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带READ参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续读请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机读请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带WRITE参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续写请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机写请求。
优选地，所述确定单元，还用于当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定存在与所述I/O请求对应的文件索引节点，触发所述调用单元；当不存在与所述I/O请求对应的文件索引节点时，创建与所述I/O请求对应的文件索引节点，触发所述调用单元。
优选地，所述调用单元，还用于当所述确定单元确定所述I/O请求的类型未与所述类型匹配时，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
本发明实施例提供的技术方案，采用块设备和HDFS文件系统结合的方式，来响应教育云中大数据块I/O读写请求等不同类型的I/O请求，适合教育云I/O请求的负载特征，显著提高了教育云中的I/O响应性能。
附图说明
图1为相关技术中GFS/HDFS常见的架构示意图；
图2为相关技术中FC-SAN的架构示意图；
图3为本发明实施例中教育云平台中I/O请求类型示意图；
图4为本发明实施例中I/O请求处理方法的实现流程示意图；
图5为本发明实施例中I/O请求处理系统的组成结构示意图；
图6为本发明实施例中云虚拟文件系统的位置示意图；
图7为本发明实施例中Cloud-VFS通过调用HDFS处理教育云应用系统I/O请求的实现架构示意图；
图8为本发明实施例中云虚拟文件系统通过调用HDFS响应I/O读请求的实现流程示意图；
图9为本发明实施例中云虚拟文件系统调用基于块设备的本地文件系统响应I/O请求的实现流程示意图；
图10为本发明实施例中云虚拟文件系统的功能架构示意图。
具体实施方式
在实施本发明的过程中，发明人发现，教育云平台上存在三种典型的I/O请求类型，如图3所示，包括：1）大数据块I/O写请求，对应电子课件处理等业务；2）大数据块I/O写请求，对应在线阅读、电子图书等业务；3）小数据I/O连续读写请求，对应的业务包括：上网浏览、日志处理。
并且，发明人进一步发现，由于块存储设备具有提供高速I/O的能力，可以用来处理教育云中大数据块I/O连续读写请求、以及小数据块I/O连续读写请求；分布式文件系统具有高可扩展性及多副本能力，保证了数据的可靠性，适合处理教育云中大数据块I/O随机读写请求、以及小数据块I/O随机读写请求。因此，如果能够块存储设备和分布式文件系统结合，那么就能够满足教育云的各种I/O请求的性能要求，同时可以对块设备和分布式文件系统实现兼容。
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明实施例记载一种I/O请求处理方法，应用于云虚拟文件系统中；所述云虚拟文件系统设置于云应用系统和分布式文件系统之间、以及所述云应用系统和基于块设备的本地文件系统之间；图4为本发明实施例中I/O请求处理方法的实现流程示意图，如图4所示，包括以下步骤：
步骤401，所述云虚拟文件系统接收所述云应用系统发送的I/O请求。
步骤402，根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型。
步骤403，根据所确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求。
其中，所述I/O请求的类型包括：大数据块I/O连续读请求、大数据块I/O连续写请求、大数据块I/O随机读请求、大数据块I/O随机写请求、小数据块I/O连续读请求、小数据块I/O连续写请求；
相应地，所述根据所确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求，包括：
当所确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
大数据块I/O连续读请求；大数据块I/O连续写请求；小数据块I/O连续读请求；小数据块I/O连续写请求；
调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
当所确定的I/O请求为以下类型任意之一时：
数据块I/O随机读请求；大数据块I/O随机写请求；
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
其中，所述I/O请求携带读（READ）参数或写（WRITE）参数、以及缓存（BUFFER）参数；
相应地，所述根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型，包括：
当所述I/O请求携带READ参数时，确定所述I/O请求为I/O读请求，当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定所述I/O请求为I/O写请求；
当所述BUFFER参数超过预设阈值时，确定所述I/O请求为大数据块I/O请求；当所述BUFFER参数未超过预设阈值时，确定所述I/O请求为小数据块I/O请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带READ参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续读请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机读请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带WRITE参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续写请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机写请求。
其中，当所述I/O请求携带WRITE参数，所述调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求之前，所述方法还包括：
确定存在与所述I/O请求对应的文件索引节点；
相应地，当不存在与所述I/O请求对应的文件索引节点时，所述方法还包括：
创建与所述I/O请求对应的文件索引节点。
其中，当所述I/O请求未与所述I/O请求的类型匹配时，所述方法还包括：调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
当未与所述I/O请求的类型匹配时，所述I/O请求可能为小数据块I/O随机读请求、或小数据块I/O随机写请求，对于上述两种类型的I/O请求，利用分布式文件系统响应，以对应进行并行度或并行写，能够明显提高云虚拟文件系统的I/O性能。
为实施上述的I/O请求处理方法，本发明实施例还记载一种云虚拟文件系统，所述云虚拟文件系统设置于云应用系统和分布式文件系统之间、以及所述云应用系统和基于块设备的本地文件系统之间；图5为本发明实施例中云虚拟文件系统的组成结构示意图，如图5所示，包括：
接收单元51，用于接收所述云应用系统发送的I/O请求；
确定单元52，用于根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型；
调用单元53，用于根据所述确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求。
其中，所述I/O请求的类型包括：大数据块I/O连续读请求、大数据块I/O连续写请求、大数据块I/O随机读请求、大数据块I/O随机写请求、小数据块I/O连续读请求、小数据块I/O连续写请求；
相应地，所述调用单元53，还用于当所述确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
大数据块I/O连续读请求；大数据块I/O连续写请求；小数据块I/O连续读请求；小数据块I/O连续写请求；
调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
当所述确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
数据块I/O随机读请求；大数据块I/O随机写请求；
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
其中，所述接收单元51接收的I/O请求携带读READ参数或写WRITE参数、以及缓存BUFFER参数；
相应地，所述确定单元52，还用于当所述I/O请求携带READ参数时，确定所述I/O请求为I/O读请求，当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定所述I/O请求为I/O写请求；
当所述BUFFER参数超过预设阈值时，确定所述I/O请求为大数据块I/O请求；当所述BUFFER参数未超过预设阈值时，确定所述I/O请求为小数据块I/O请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带READ参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续读请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机读请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带WRITE参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续写请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机写请求。
其中，所述确定单元52，还用于当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定存在与所述I/O请求对应的文件索引节点，触发所述调用单元53；当不存在与所述I/O请求对应的文件索引节点时，创建与所述I/O请求对应的文件索引节点，触发所述调用单元53。
其中，所述调用单元53，还用于当所述确定单元52确定所述I/O请求的类型未与所述类型匹配时，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
实际应用中，所述云虚拟文件系统可以设置于一台或多台服务器上，所述接收单元51、所述确定单元52、所述调用单元53均可由所述服务器中的中央处理器（CPU，CentralProcessing Unit）、数字信号处理器（DSP，Digital Signal Processor）或现场可编程门阵列（FPGA，Field Programmable Gate Array）实现。
下面以上述云应用系统为教育云应用系统为例，对本发明实施例记载的云虚拟文件系统及其I/O请求处理方法作进一步详细说明，
如图6所示，在教育云应用系统与块设备文件系统API之间、以及块设备文件系统与HDFS客户端（Client）API之间设置云虚拟文件系统（Cloud-VFS，Cloud-Virtual FileSystem），该云虚拟文件系统通过提供兼容文件系统语义接口，对教育云系统提供符合可移植操作系统接口（POSIX，Portable Operating System Interface）标准的文件接口，以实现对块设备和分布式文件系统的兼容；块设备通过FC向本地文件系统提供块设备接口以供调用，HDFS Client文件系统通过网际协议（IP，Internet Protocol）与HDFS Master、以及HDFS Slave连接；从而，教育云应用系统可以安全按照POSIX文件系统语义进行数据的处理，包括I/O读请求、I/O写请求以及I/O控制（IOCTL）。
图7为本发明实施例中Cloud-VFS通过调用HDFS处理教育云应用系统I/O请求的实现架构示意图，以I/O请求为I/O读请求为例，如图8所示，云虚拟文件系统通过调用HDFS响应I/O读请求包括以下步骤：
步骤801，Cloud-VFS接收教育云应用系统的I/O读请求。
教育云应用系统通过调用Cloud-VFS的读函数，向云虚拟文件系统发起I/O读请求。
步骤802，Cloud-VFS确定需要调用HDFS响应所述I/O读请求时，调用HDFS ClientAPI。
步骤803，HDFS Client向HDFS Master发送I/O读请求中的参数信息。
所述参数信息包括文件名、索引。
步骤804，HDFS Master向HDFS客户端发送位置和chunk句柄信息。
所述位置标识I/O读请求所请求读取文件所位于的chunkserver，所述chunk句柄信息标识信息用于位置标识I/O读请求所请求读取的文件。
步骤805，HDFS Client向相应的chunkserver发送句柄和大小（即文件的字节范围）信息。
步骤806，HDFS Client接收Chunkserver返回的chunk数据。
步骤807，Cloud-VFS接收HDFS客户端读取的反馈信息。
HDFS Client通过HDFS Client API向Cloud-VFS发送读结果的反馈信息，例如反馈读取的数据，或读取失败的信息。
步骤808，Cloud-VFS将接收的反馈信息发送至教育云应用系统。
相应地，当Cloud-VFS使用图6中的基于块设备的本地文件系统响应教育云应用系统I/O请求时，如图9所示，响应教育云应用系统I/O请求的处理包括以下步骤：
步骤901，Cloud-VFS接收教育云应用系统的I/O请求。
所述I/O请求为I/O读请求或I/O写请求。
教育云应用系统通过调用Cloud-VFS的读函数或写函数的方式，发起相应的I/O读请求或I/O写请求。
步骤902，Cloud-VFS确定需要调用块设备响应所述I/O请求时，调用本地文件系统。
本地文件系统的格式可以为第三扩展文件系统（Ext3，Third extended filesystem）。
步骤903，本地文件系统进行读写I/O处理（如缓冲区处理等）。
根据所述I/O请求的类型（读或写），进行相应的读I/O处理或写I/O处理。
步骤904，本地文件系统调用块设备I/O接口。
步骤905，块设备I/O接口通过FC发送SCSI命令给块设备。
步骤906，块设备按照SCSI命令进行相应的数据读写操作。
步骤907，块设备返回反馈信息给本地文件系统。
所述信息包括读取的数据，或写入数据成功或失败的信息。
步骤908，本地文件系统返回反馈信息给Cloud-VFS。
步骤909，Cloud-VFS返回反馈信息给教育云应用系统。
上述Cloud-VFS是一个接口类型的文件系统，其向下提供块设备接口和分布式文件系统接口；向上对教育云应用系统提供标准的API接口。
因此，云虚拟文件系统（Cloud-VFS）主要实现如下基础功能：
1）接口应用程序的标准化文件系统API；
2）根据I/O负载（类型）进行对应处理的I/O调度处理；
3）设备I/O开关和本地文件系统API、HDFS Client API；其功能架构如图10所示，通过Cloud_Read（）、Write（）函数实现对应实现数据的读写，通过Open（）、Close（）、IOCTL函数对应实现不同文件系统的调用的开启、关闭和I/O传输控制；通过Cloud-VFS的I/O调度算法（），调用HDFS Client API处理I/O请求，或调用本地文件系统API、以使本地文件系统调用块设备接口处理I/O请求。
在一个示例中，Cloud-VFS根据教育云的I/O负载进行分类处理，将I/O请求分为不同的类型进行处理，即调用HDFS处理I/O请求，或调用基于块设备的本地文件系统处理I/O请求，包括以下步骤：
步骤1101，Cloud-VFS接收教育云应用系统发送的I/O请求。
步骤1102，判断I/O请求类型是否是大数据块I/O连续写请求，如果是，则执行步骤1103；否则执行步骤1106。
I/O写请求的参数形式为WRITE（文件名，文件大小，BUFFER）；I/O读请求的形式为READ（文件名，文件大小，BUFFER）；根据BUFFER的大小可以确定该I/O请求是否为对大数据块的操作，例如，当参数为WRITE，且BUFFER参数超过预设阈值（根据实际应用场景确定）时，则该I/O请求类型为大数据块I/O写请求。
本步骤中，根据当前所处理的I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求的类型、以及I/O请求读写的位置判断是否为连续写；
例如，若步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O写请求，且I/O请求队列中该大数据块I/O读请求相邻的前一个（或多个）I/O请求、以及相邻的后一个（或多个）I/O请求均为针对大数据块的I/O写请求，且写磁盘的位置连续，则判定步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O连续写请求。
步骤1103，查询是否存在文件索引节点，如果存在则执行步骤1104，否则，调用本地文件系统Open（）函数创建文件索引节点，并执行步骤1104。
当不存在文件索引节点时，表示I/O写请求所请求写入的文件之前并不存在，则需要创建对应的文件索引节点。
步骤1104，本地文件系统调用块设备接口进行写操作。
当确定I/O请求为针对大数据块的操作时，调用块设备接口，由块设备进行相应的操作，如前述步骤904至909所述，这里不再赘述。
步骤1105，结束当前处理。
步骤1106，判断I/O请求类型是否为大数据块I/O连续读请求，如果是则执行步骤1107；否则，执行步骤1109。
I/O写请求的参数形式为WRITE（文件名，文件大小，BUFFER）；I/O读请求的形式为READ（文件名，文件大小，BUFFER）；根据BUFFER的大小可以确定该I/O请求是否为对大数据块的操作，例如，当参数为READ，且BUFFER参数超过预设阈值（根据实际应用场景确定）时，则该I/O请求类型为大数据块I/O读请求。
本步骤中，根据当前所处理的I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求的类型、以及I/O请求读写的位置判断是否为连续读；
例如，若步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O读请求，且I/O请求队列中该大数据块I/O读请求相邻的前一个（或多个）I/O请求、以及相邻的后一个（或多个）I/O请求均为针对大数据块的I/O读请求，且读磁盘的位置连续，则判定步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O连续读请求。
步骤1107，调用块设备的Read（）函数进行读操作。
对于大数据块I/O连续读请求、以及大数据块I/O连续写请求，使用块设备进行响应，可以明显提高响应速度。
步骤1108，结束当前处理。
步骤1109，判断I/O请求类型是否为大数据块I/O随机读请求或大数据块I/O随机写请求，如果是大数据块I/O随机写请求则执行步骤1110和步骤1111，如果是大数据块I/O随机读请求则执行步骤1111；否则执行步骤1113。
I/O写请求的参数形式为WRITE（文件名，文件大小，BUFFER）；I/O读请求的形式为READ（文件名，文件大小，BUFFER）；根据BUFFER的大小可以确定该I/O请求是否为对大数据块的操作，例如，当参数为WRITE，且BUFFER参数超过预设阈值（根据实际应用场景确定）时，则该I/O请求为大数据块I/O写请求。
本步骤中，根据当前所处理的I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求的类型、以及I/O请求读写的位置判断是否为随机写或随机读；
例如，若步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O写请求，且I/O请求队列中该大数据块I/O读请求相邻的前一个（或多个）I/O请求、以及相邻的后一个（或多个）I/O请求均为针对大数据块的I/O写请求，且写磁盘的位置不连续，则判定步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O随机写请求。
步骤1110，查询是否存在文件索引节点，如果存在则执行步骤1111；否则，调用HDFS客户端的Open（）函数生成文件索引节点，并执行步骤1111。
步骤1111，调用HDFS系统进行并行读或并行写操作。
当步骤1109中判定步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O随机读请求时，进行相应的并行读操作；当步骤1109判定步骤1101接收的I/O请求为大数据块I/O随机写请求时，进行相应的并行写操作。
步骤1112，结束当前处理。
步骤1113，判断I/O类型是否是小数据块I/O连续读请求或小数据块I/O连续写请求，如果是小数据块I/O连续写请求则执行步骤1114和步骤1115；如果是小数据块I/O连续读请求则执行步骤1115；如果既不是小数据块I/O连续读请求，也不是小数据块I/O连续写请求，则执行步骤1117。
I/O写请求的参数形式为WRITE（文件名，文件大小，BUFFER）；I/O读请求的形式为READ（文件名，文件大小，BUFFER）；根据BUFFER的大小可以确定该I/O请求是否为对大数据块的操作，例如，当参数为WRITE，且BUFFER参数超过预设阈值（根据实际应用场景确定）时，则该I/O请求为小数据块I/O写请求。
本步骤中，根据当前所处理的I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求的类型、以及I/O请求读写的位置判断是否为连续写或连续读；
例如，若步骤1101接收的I/O请求为小数据块I/O写请求，且I/O请求队列中该小数据块I/O读请求相邻的前一个（或多个）I/O请求、以及相邻的后一个（或多个）I/O请求均为针对小数据块的I/O写请求，且写磁盘的位置连续，则判定步骤1101接收的I/O请求为小数据块I/O连续写请求；相应地，如果I/O请求队列中该小数据块I/O读请求相邻的前一个（或多个）I/O请求、以及相邻的后一个（或多个）I/O请求均为针对小数据块的I/O写请求，且写磁盘的位置不连续，则判定步骤1101接收的I/O请求为小数据块I/O随机写请求。
步骤1114：查询是否存在文件索引节点，如果存在则执行步骤1115；否则，调用本地文件系统Open（）函数生成文件索引节点，并执行步骤1115。
步骤1115，调用块存储设备读操作或写操作。
步骤1116，结束当前处理。
步骤1117，调用HDFS分布式系统进行读写操作。
本步骤中，对于教育云中以上所述类型I/O请求之外的I/O请求，例如小数据块I/O随机写请求、以及小数据块I/O随机读请求，均调用HDFS分布式系统进行读写操作。
步骤1118，结束处理。
综上，与传统的单一云存储技术相比，本实施例基于数据I/O类型进行分布式存取，充分利用各种存储技术的优点，也就是说1个文件读写可以分别通过读写块设备和分布式文件系统实现，或者说1个用户的数据可能分别存在于块设备和分布式文件系统，调用哪种文件系统响应I/O请求取决于I/O请求的类型。因此，本所述记载的I/O请求处理方法，具有明显的I/O性能优势。
为了说明本发明实施例的技术方案所带来的有益效果，发明人进行了如下测试：
部署测试环境如下：客户端20台个人电脑（PC），每台机器配置2核CPU，200G磁盘以及2G内存；教育云应用系统采用10台PC作为服务器，所有服务器组成集群；FC-SAN存储系统采用3台FC-SAN存储设备，FC-SAN存储上的虚拟磁盘按照磁盘阵列（RAID，RedundantArrays of Inexpensive Disks）5配置；HDFS分布式文件系统按照20台PC配置，其中2台PC作为Master，18台PC作为Slave，数据副本为4；
其中，I/O性能测试工具采用Iometer工具。
首先IOmeter模拟1000个I/O随机读写请求，分别在单独的FC-SAN存储设备、HDFS分布式文件以及基于Cloud-VFS的混合存储环境下进行测试，数据显示基于Cloud-VFS的I/O性能与HDFS分布式文件系统接近，FC-SAN存储性能最差。
其次，IOmeter模拟1000个大数据I/O读写请求，数据块大小为100兆字节，测试数据显示基于Cloud-VFS的混合存储环境性能最优，为HDFS性能的8倍；在数据块为400兆字节的情况下，Cloud-VFS的I/O性能是HDFS的17.3倍。
最后，模拟同时存在多种I/O请求的情况，1000个I/O随机读写请求、1000个大数据I/O写请求，数据块大小为100兆字节、1000个小数据I/O连续写请求，在此情况下，Cloud-VFS的I/O性能是FC-SAN的3倍，是HDFS的11倍。
综上，在相同的环境下测试显示，应用本发明实施例记载的I/O请求处理方法，能够使教育云应用系统具有较好的I/O响应性能，其I/O性能优越于HDFS以及FC-SAN。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种I/O请求处理方法，应用于云虚拟文件系统中；其特征在于，所述云虚拟文件系统设置于云应用系统和分布式文件系统之间、以及所述云应用系统和基于块设备的本地文件系统之间；所述方法包括：
所述云虚拟文件系统接收所述云应用系统发送的I/O请求；
根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型；
根据所确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
所述I/O请求的类型包括：大数据块I/O连续读请求、大数据块I/O连续写请求、大数据块I/O随机读请求、大数据块I/O随机写请求、小数据块I/O连续读请求和小数据块I/O连续写请求；
相应地，所述根据所确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求，包括：
当所确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
大数据块I/O连续读请求；大数据块I/O连续写请求；小数据块I/O连续读请求；小数据块I/O连续写请求；
调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
当所确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
数据块I/O随机读请求；大数据块I/O随机写请求；
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述I/O请求携带读READ参数或写WRITE参数、以及缓存BUFFER参数；
相应地，所述根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型，包括：
当所述I/O请求携带READ参数时，确定所述I/O请求为I/O读请求，当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定所述I/O请求为I/O写请求；
当所述BUFFER参数超过预设阈值时，确定所述I/O请求为大数据块I/O请求；当所述BUFFER参数为超过未预设阈值时，确定所述I/O请求为小数据块I/O请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带READ参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续读请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机读请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带WRITE参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续写请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机写请求。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述I/O请求携带WRITE参数，所述调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求之前，所述方法还包括：
确定存在与所述I/O请求对应的文件索引节点；
相应地，当不存在与所述I/O请求对应的文件索引节点时，所述方法还包括：
创建与所述I/O请求对应的文件索引节点。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，当所述I/O请求的类型未与所述类型匹配时，所述方法还包括：
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
5.一种云虚拟文件系统；其特征在于，所述云虚拟文件系统设置于云应用系统和分布式文件系统之间、以及所述云应用系统和基于块设备的本地文件系统之间；所述云虚拟文件系统包括：
接收单元，用于接收所述云应用系统发送的I/O请求；
确定单元，用于根据所述I/O请求携带的参数、以及所述I/O请求所请求读磁盘或写磁盘的位置，确定所述I/O请求的类型；
调用单元，用于根据所述确定的I/O请求的类型，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求、或调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
其中，所述I/O请求的类型包括：大数据块I/O连续读请求、大数据块I/O连续写请求、大数据块I/O随机读请求、大数据块I/O随机写请求、小数据块I/O连续读请求、小数据块I/O连续写请求；
相应地，所述调用单元，还用于当所述确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
大数据块I/O连续读请求；大数据块I/O连续写请求；小数据块I/O连续读请求；小数据块I/O连续写请求；
调用所述基于块设备的本地文件系统响应所述I/O请求；
当所述确定的I/O请求的类型为以下类型任意之一时：
数据块I/O随机读请求；大数据块I/O随机写请求；
调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
6.根据权利要求5所述的云虚拟文件系统，其特征在于，所述接收单元接收的I/O请求携带读READ参数或写WRITE参数、以及缓存BUFFER参数；
相应地，所述确定单元，还用于当所述I/O请求携带READ参数时，确定所述I/O请求为I/O读请求，当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定所述I/O请求为I/O写请求；
当所述BUFFER参数超过预设阈值时，确定所述I/O请求为大数据块I/O请求；当所述BUFFER参数未超过预设阈值时，确定所述I/O请求为小数据块I/O请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带READ参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续读请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求读磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机读请求；
当所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求均携带WRITE参数时，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置连续，则确定所述I/O请求为I/O连续写请求，若所述I/O请求与I/O请求队列中相邻的I/O请求写磁盘的位置不连续，则确定所述I/O请求为I/O随机写请求。
7.根据权利要求5所述的云虚拟文件系统，其特征在于，所述确定单元，还用于当所述I/O请求携带WRITE参数时，确定存在与所述I/O请求对应的文件索引节点，触发所述调用单元；当不存在与所述I/O请求对应的文件索引节点时，创建与所述I/O请求对应的文件索引节点，触发所述调用单元。
8.根据权利要求5至7任一项所述的云虚拟文件系统，其特征在于，所述调用单元，还用于当所述确定单元确定所述I/O请求的类型未与所述类型匹配时，调用所述分布式文件系统响应所述I/O请求。
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